镧系元素离子和化合物的颜色
不少镧系元素离子具有颜色,由于f-f跃迁引起的。Ln3+呈现颜色通常与未成对电子数有关,即Ln3+具有fn和f14-n个电子,因未成对电子数相同,所以呈现相同或相近颜色。其中La3+(f0)、Lu3+(f14)为无色,因不能实现f-f跃迁;Ce3+(f1)、Eu3+(f6)、Gd3+(f7)、Tb3+(f8)等离子虽可实现f-f跃迁,但吸收峰落在紫外区,Yb3+(f13)吸收峰落在红外区,故也为无色;Ce4+(f0)呈现橙红色是由于电荷迁移引起的。
镧系元素重要化合物
1、Ln(OH)3
Ln2O3与水反应或Ln3+溶液中加入NaOH或氨水都可以生成Ln(OH)3。它的碱性接近于碱土金属氢氧化物,但溶解度比后者小得多,由于离子半径从La3+到Lu3+逐渐减小,所以从La(OH)3到Lu(OH)3碱性渐弱,分解温度也逐渐降低。Ln(OH)3受热先变成LnO(OH),在更高的温度下才变成Ln2O3。
2、LnX3
LnF3不溶于水,也难溶于酸。而LnCl3易溶于水,在水溶液中析出的LnCl3晶体都含有结晶水,加热水合物不能制得无水盐,而是水解为氯氧化物,如:
LaCl3•7H2O LaOCl+2HCl+6H2O
为避免水解, eq \\o\voc检测\ac(○,1)1减压下脱水; eq \\o\\ac(○,2)2加热脱水时通入HCl(g)或加入NH4Cl(s)。
3、Ln2(SO4)3和Ln(NO3)3
易溶于水,这些盐类水合物受热时,一般先变成盐,随后变成碱式盐,最后变成氧化物,如:
La2(SO4)3•8H2O La2(SO4)3+8H2O
La2(SO4)3 La2O2SO4+2SO2+O2
La2O2SO4 La2O3+SO2+1/2O2↑
硫酸盐溶解度从La2(SO4)3到Lu2(SO4)3逐渐增大,这与碱土金属硫酸盐的溶解度随离子半径变化的规律相一致。
4、Ln2(C2O4)3
不溶于水,也难溶于稀酸,利用此性质可将镧系元素离子与其他金属离子分离开来,因一般草酸盐都易溶于稀酸。重稀土元素草酸盐在草酸钠或草酸铵中的溶解度比轻稀土元素草酸盐大得多,这一性质被用来分离轻、重稀土元素。镧系元素草酸盐受热一般先变成碳酸盐,随后才变成氧化物。
5、Ce4+和Eu2+的化合物
常见Ce4+的可溶盐类是Ce(NO3)4和Ce(SO4)2。在Ce4+盐溶液中加碱即生成黄色的CeO2•nH2O沉淀。CeO2.nH2O遇HNO3或HClO4生成相应的Ce4+盐,但遇HCl则发生如下氧化还原反应:
2Ce4++2HCl→2Ce3++Cl2↑+2H+
Ce4+极易水解,当溶液pH在0.7~1时,生成CeO2•nH2O沉淀析出,而其他Ln3+在pH6~8才析出,此性质可在混合稀土中分voc离Ce4+。Sm、Eu、Yb虽都可形成+2价离子,但只有Eu2+在水溶液中能稳定存在,Sm2+、Yb2+很快被H2O氧化。Eu2+的半径与Sr2+、Ba2+相近,因此它们表现出一定的相似性,如EuSO4和SrSO4、BaSO4一样,都是难溶盐。氧化物,如:
La2(SO4)3•8H2O La2(SO4)3+8H2O
La2(SO4)3 La2O2SO4+2SO2+O2
La2O2SO4 La2O3+SO2+1/2O2↑
硫酸盐溶解度从La2(SO4)3到Lu2(SO4)3逐渐增大,这与碱土金属硫酸盐的溶解度随离子半径变化的规律相一致。
4、Ln2(C2O4)3
不溶于水,也难溶于稀酸,利用此性质可将镧系元素离子与其他金属离子分离开来,因一般草酸盐都易溶于稀酸。重稀土元素草酸盐在草酸钠或草酸铵中的溶解度比轻稀土元素草酸盐大得多,这一性质被用来分离轻、重稀土元素。镧系元素草酸盐受热一般先变成碳酸盐,随后才变成氧化物。
5、Ce4+和Eu2+的化合物
常见Ce4+的可溶盐类是Ce(NO3)4和Ce(SO4)2。在Ce4+盐溶液中加碱即生成黄
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